Przejdź do treści

Meteoryty, które pomogły uformować Ziemię, mogły powstać w zewnętrznym Układzie Słonecznym

Powierzchniowa analiza planetoid.

Do powstania Ziemi przyczyniły się meteoryty węgliste, co do których podejrzewa się, że przybyły z zewnętrznej części głównego pasa planetoid. Obserwacje teleskopowe tych planetoid sugerują, że uformowały się one w obecności lodu amoniakalnego, stabilnego tylko w bardzo niskich temperaturach. Nowe badania wskazują, że materia ta mogła powstać w bardzo odległych rejonach Układu Słonecznego, a następnie zostać przetransportowana na Ziemię w procesach chaotycznego mieszania.

Uważa się, że nasz Układ Słoneczny utworzył się z chmury gazu i pyłu, czyli tak zwanej mgławicy słonecznej, która około 4,6 miliarda lat temu zaczęła się kondensować grawitacyjnie. Kurczyła się, wirowała i kształtowała się w dysk, a największa część jej masy skupiona była w środku – to właśnie z niej powstało Słońce.

Układ Słoneczny odziedziczył cały swój skład chemiczny po gwieździe (lub gwiazdach), które wcześniej wybuchły jako supernowe w tych regionach Drogi Mlecznej – w ten sposób powstają pokolenia gwiazd zawierających pierwiastki cięższe od helu. Słońce przejęło większość tych pozostałości po supernowych, lecz reszta materii zawarta w dysku zaczęła migrować stosownie do zdolności krzepnięcia w danej temperaturze. Słońce stało się dostatecznie gęste, by rozpocząć reakcję fuzji i stać się gwiazdą, a pozostałości tej materii przeszły w stan stały – zgodnie ze swoją temperaturą krzepnięcia – i stały się budulcem planet i innych ciał planetarnych.

Promieniowanie słoneczne powodowało powstanie gradientu cieplnego we wczesnym Układzie Słonecznym (im dalej od Słońca, tym niższa temperatura). Dlatego właśnie planety wewnętrzne Układu Słonecznego, czyli Merkury, Wenus, Ziemia i Mars, są głównie skaliste (złożone przede wszystkim z cięższych pierwiastków, takich jak żelazo, magnez czy krzem), podczas gdy planety zewnętrzne składają się w znacznym stopniu z lżejszych pierwiastków – wodoru, helu, węgla, azotu i tlenu.

Uważa się, że Ziemia powstała częściowo z meteorytów węglistych, o których sądzi się, że prawdopodobnie pochodzą z zewnętrznej części pasa głównego planetoid. Obserwacje teleskopowe tych planetoid ujawniają cechę związaną z odbiciem dla fali o długości 3,1 mikrometra sugerującą, że ich zewnętrzne warstwy zawierają zamrożoną wodę lub glinkę amoniakalną (względnie jedno i drugie), które stabilne są tylko w bardzo niskich temperaturach. Co ciekawe, choć istnieje kilka przesłanek za tym, że meteoryty węgliste pochodzą z takich właśnie planetoid, to meteoryty znalezione na Ziemi generalnie są pozbawione tej cechy.

Nowe badania przeprowadzone przez naukowców z Earth-Life Science Institute (ELSI) w Tokyo Institute of Technology wskazują, że materia ta mogła powstać w najbardziej zewnętrznych częściach wczesnego Układu Słonecznego, a następnie zostać przetransportowana do wewnętrznego Układu Słonecznego przez chaotyczne procesy mieszania. W badaniu tym połączono obserwacje planetoid wykonane przy użyciu japońskiego teleskopu AKATI z teoretycznym modelowaniem reakcji chemicznych w planetoidach. Rezultaty sugerują, że powierzchniowe minerały obecne na planetoidach z zewnętrznej części pasa głównego, w szczególności glinki amoniakalne, formują się z materii zawierającej zamrożone NH3 i CO2 – stabilne tylko w bardzo niskiej temperaturze i w środowisku bogatym w wodę. Na podstawie tych wyników wysuwana jest teza, że planetoidy z zewnętrznej części pasa głównego utworzyły się na odległych orbitach i zdyferencjonowały, by uformować inne minerały w bogatych w wodę powłokach, oraz inne w zdominowanych przez skały rdzeniach.

By zrozumieć źródło rozbieżności w zmierzonych widmach planetoid i meteorytów, zespół wykorzystał symulacje komputerowe do przeprowadzenia modelowania ewolucji chemicznej kilku możliwych prymitywnych mieszanin zaprojektowanych jako odtworzenie prymitywnego budulca planetoid. Następnie użyto tych modeli komputerowych, by wytworzyć zasymulowane widma odbiciowe dla porównania z tymi uzyskanymi podczas obserwacji teleskopowych.

Modele wskazały, że bazowy materiał pasujący do widm planetoid musiał zawierać znaczne ilości wody i amoniaku, a stosunkowo niewiele dwutlenku węgla, i reagować w temperaturach poniżej 70 stopni Celsjusza. Sugeruje to, że planetoidy uformowały się we wczesnym Układzie Słonecznym znacznie dalej względem ich obecnego położenia na orbicie wokołosłonecznej. Brak cechy związanej z odbiciem fali 3,1 mikrometra w meteorytach może być przypisany reakcji, która może zachodzić głębiej w planetoidach, gdzie temperatury były wyższe. Odnalezione meteoryty mogą stanowić próbki wnętrza planetoid (w końcu zewnętrzne ich części spalały się w atmosferze).

Jeśli wyniki są poprawne, to badanie sugeruje, że wyjątkowe własności Ziemi i jej ukształtowanie w obecnej formie zawdzięczamy szczególnym aspektom formowania się Układu Słonecznego. 

Pojawi się kilka okazji do przetestowania tego modelu, np. badanie pozwala przewidzieć, co zostanie odkryte podczas analizy próbek dostarczonych przez sondę Hayabusa 2. Odległe pochodzenie planetoid, jeśli jest faktem, sprawi, że w tych próbkach będzie więcej amoniakalnych soli i minerałów. Dalsze przetestowanie tego modelu będzie możliwe dzięki analizie próbek z misji OSIRIS-Rex prowadzonej przez NASA.

Przeanalizowano też to, czy warunki fizyczne i chemiczne w planetoidach z zewnętrznej części pasa głównego powinny umożliwiać uformowanie się obserwowanych minerałów. Przypuszczalne pochodzenie planetoid z zimnych i odległych regionów wskazuje, że powinno istnieć znaczne podobieństwo między planetoidami i kometami. Rodzi też pytanie o sposób, w jaki kształtował się każdy z tych rodzajów ciał niebieskich.

Wyniki badania pozwalają przypuszczać, że materia z jakiej powstała Ziemia, utworzyła się w bardzo odległych rejonach Układu Słonecznego, po czym została przyniesiona podczas szczególnie gwałtownego etapu jego wczesnego rozwoju. Niedawne obserwacje dysków protoplanetarnych przeprowadzone przez ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) doprowadziły do znalezienia struktur pierścieniowych. Uważa się, że były to bezpośrednie obserwacje powstawania planetozymali. Główny autor publikacji podsumowuje, że choć nie wiadomo jeszcze, czy sposób powstawania Układu Słonecznego jest typowy, to wiele pomiarów sugeruje, że już wkrótce będziemy w stanie znaleźć kontekst dla naszego miejsca w historii Kosmosu.

Więcej informacji:

Źródło: Tokyo Institute of Technology

Opracowanie: Gabriela Opiła

Na ilustracji: Powierzchniowa analiza planetoid. Źródło: publikacja

Reklama